典型金属材料在硝酸熔盐环境中的腐蚀行为研究

发布时间：2021-06-25 23:07

　　通过熔盐浸泡实验研究了Q235碳钢、2.25Cr1Mo低合金钢、P91中合金钢、304和316不锈钢及Inconel617镍基合金在400℃硝酸熔盐（60%NaNO3+40%KNO3）中的静态腐蚀行为。通过测量试样腐蚀不同时间后的质量变化,得到了上述材料在高温熔盐环境中的腐蚀动力学曲线;利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和能谱分析仪（EDS）对该材料在熔盐腐蚀过程中的腐蚀产物形貌、相结构和元素分布进行测试。结果表明,Q235碳钢的抗熔盐腐蚀能力极差,而Inconel 617镍基合金具有极强的抗熔盐腐蚀能力;同时,不同的腐蚀动力学曲线主要是由于材料表面氧化层结构不同;Q235钢表面氧化层主要由Fe2O3组成,不具有保护性;而含Cr合金材料表面会形成含有Cr的氧化物,具有较好的保护性;Inconel 617镍基合金由于表面形成了致密的Cr2O3和Ni O薄膜,所以具有极强的抗腐蚀能力。 

【文章来源】：热加工工艺. 2020,49(18)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

材料在400℃硝酸熔盐环境中的腐蚀动力学曲线

图2为六种材料在400℃硝酸熔盐环境中浸泡500 h后的表面形貌。如图2(a）所示，Q235碳钢表面凹凸不平，表面氧化物发生了不同程度的开裂及剥落。这主要是由于在该温度下，Q235碳钢表面形成的氧化膜疏松多孔，熔盐不断浸入氧化膜与基体间，导致新鲜金属持续发生氧化腐蚀反应，在内部产生新的氧化物，使得与基体结合薄弱的较外层氧化膜出现了开裂，甚至剥落，氧化膜的剥落又暴露出新鲜金属，进而继续发生腐蚀反应。从图2(b）、（c）可发现，2.25Cr1Mo及P91钢浸泡500 h后，表面氧化膜已经完全覆盖基体表面且分布均匀，只存在少量的凸起，未出现开裂和脱落现象。这表明2.25Cr1Mo和P91钢在浸泡500 h后表面已经形成了具有保护性的氧化膜，阻断了基体与熔盐的接触。结合图1中两种材料的腐蚀动力学曲线可以得出，浸泡初始阶段氧化膜未覆盖金属表面，没有形成有效保护，所以，腐蚀增重速率较大，随着氧化层逐渐覆盖基体，基体与熔盐的接触逐渐减少，腐蚀速率显著下降。从图2(d）、（e）可看出，经500h的腐蚀，304和316不锈钢的表面较为平整，均未发现明显腐蚀痕迹，但是304不锈钢表面氧化物较多。由图2(f）可看出，浸泡500h后，Inconel 617合金表面极为平整且并未发生任何腐蚀。2.3 表面物相分析

由此可看出，在Q235碳钢表面主要形成的是以Fe2O3为主的腐蚀产物，而Fe2O3具有相对疏松的结构，不具有保护性，无法阻止熔盐与基体进一步接触，导致基体与熔盐不断发生反应，这与腐蚀产物表面形貌分析所得结论一致。由表2元素分析及图3(b）、（c）可看出，2.25Cr1Mo及P91钢在熔盐环境中浸泡500h后的腐蚀产物主要以（Fe,Cr)3O4为主，而2.25Cr1Mo由于Cr含量较少，所以在其表面也形成了少量的Fe2O3和Fe3O4。Cheng等[12]研究表明，Cr-Mo钢在硝酸熔盐中的腐蚀行为满足以下反应：

【参考文献】：
期刊论文
[1]熔盐和导热油蓄热储能技术在光热发电中的应用研究[J]. 汪琦,俞红啸,张慧芬.  工业炉. 2016(03)
[2]硝酸熔盐对不锈钢材料腐蚀行为的研究[J]. 刘义林,陈素清,黄国波,张诚,项军伟.  广州化工. 2016(02)
[3]熔融盐传热蓄热及其在太阳能热发电中的应用[J]. 吴玉庭,任楠,刘斌,马重芳.  新材料产业. 2012(07)



本文编号：3250124